大型立式電機(jī)常見故障分析及處理

陳文杰，史濟(jì)方

(上海上電電力工程有限公司，上海 200090)

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大型立式電機(jī)常見故障分析及處理

陳文杰，史濟(jì)方

(上海上電電力工程有限公司，上海 200090)

在目前裝備有600 MW及900 MW機(jī)組的大型火力發(fā)電廠中最常見的大型立式電機(jī)多為循環(huán)水泵電機(jī)，且多是YLKS(空水冷卻)型及YKSS型(空空冷卻)系列電機(jī),介紹了YKKL型電機(jī)運(yùn)行過程中所遇見的如振動(dòng)大、瓦溫高、有異聲等異常情況，分析處理。

大型立式電機(jī)振動(dòng)溫度異常分析處理建議

1 YKKL型電機(jī)概況

YKKL型電機(jī)為懸垂立式安裝，由定子、轉(zhuǎn)子、上機(jī)架、下軸承室等組成。上機(jī)架與定子端蓋為可分離式結(jié)構(gòu)。上機(jī)架內(nèi)裝有上軸承、推力盤和油冷卻器。上軸承采用上導(dǎo)及推力式滑動(dòng)軸承(表層嵌有減摩特性的巴氏合金面)，推力盤與副軸伸套裝后用卡環(huán)將兩者夾緊，吊住整個(gè)轉(zhuǎn)子。下機(jī)軸承室內(nèi)裝有下導(dǎo)軸承(圓柱滾子軸承)和不停機(jī)加、排油脂裝置。轉(zhuǎn)子采用籠型結(jié)構(gòu)，籠條和短路環(huán)采用中頻焊，焊接牢固。定子鐵心為外壓裝結(jié)構(gòu)，繞組采用F級(jí)絕緣和防暈材料，并進(jìn)行真空壓力浸漬F級(jí)無溶劑漆(VPI)工藝處理，具有優(yōu)良可靠的絕緣性能和防潮、抗沖擊能力。電機(jī)主出線盒為密封結(jié)構(gòu)，防護(hù)等級(jí)IP55，盒內(nèi)有單獨(dú)的接地端子。該電機(jī)的冷卻器設(shè)計(jì)成新型的高效節(jié)能空空冷卻器。冷卻器箱體由鋼板焊接而成，冷卻管采用鋁管，沿電機(jī)軸向方向布管。冷卻器外帶軸流風(fēng)扇，安裝在冷卻器上端，將冷卻管內(nèi)熱空氣抽出，電機(jī)的內(nèi)部空氣由內(nèi)風(fēng)扇進(jìn)行循環(huán)，根據(jù)交叉氣流的原理，通過鋁管壁進(jìn)行熱交換，使熱空氣冷卻，冷卻風(fēng)再由壁板通風(fēng)孔、鐵心通風(fēng)孔、轉(zhuǎn)子幅板、氣隙進(jìn)入定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵心、繞組，外風(fēng)扇攪動(dòng)電機(jī)外面的冷空氣通過冷卻器帶走熱空氣，依次循環(huán)以達(dá)到很好的冷卻效果。

2 YKKL型電機(jī)運(yùn)行過程中的故障現(xiàn)象

2.1 電機(jī)振動(dòng)

江蘇大唐集團(tuán)呂四港發(fā)電廠裝備有8臺(tái)YKKL3100-16/2150-1W型電機(jī)。分別對其中的5臺(tái)進(jìn)行過解體檢修，在檢修完成后進(jìn)行空載試運(yùn)轉(zhuǎn)，其中4A電機(jī)存在著上機(jī)架徑向振動(dòng)不穩(wěn)定且偏大。用數(shù)字測振儀VA-63a測得上機(jī)架東西側(cè)振動(dòng)為0.014 mm(合格)，南北振動(dòng)為0.025～0.040 mm(偏大且不穩(wěn)定)。人站在電機(jī)頂部能明顯感覺到間歇性震感，特別是振動(dòng)飄至0.040 mm時(shí)尤為明顯。將手貼在上油室壁能感覺到有輕微的撞擊聲。連續(xù)運(yùn)行2小時(shí)上述異常并無減弱，反倒有加重趨勢(徑向振動(dòng)最大達(dá)到了0.045 mm)，遂決定停機(jī)檢查。

2.2 上導(dǎo)瓦溫度偏高及燒瓦

呂四港4B電機(jī)解體檢修后，空載試運(yùn)振動(dòng)情況正常(上機(jī)架測得振動(dòng)≤0.02 mm)，但導(dǎo)瓦溫度比修前要高。修前重載及修后空載溫度見圖1、圖2。可見該電機(jī)在修前重載運(yùn)行中其導(dǎo)瓦溫度最高僅為46.8℃，而修后空載已經(jīng)達(dá)到50.5℃。由于當(dāng)時(shí)沒有引起足夠的重視導(dǎo)致第二天重載試運(yùn)時(shí)15分鐘就燒毀了所有上導(dǎo)瓦(見圖3)。遂打開上油室進(jìn)行檢修。

圖1 修前重載溫度圖示

圖2 修后空載溫度圖示

圖3 重載試運(yùn)15分鐘后上導(dǎo)瓦燒毀溫度圖示

3 故障原因分析及解決

3.1 電機(jī)振動(dòng)偏大且不穩(wěn)定

3.1.1 電磁方面引起振動(dòng)的原因

(1)氣隙動(dòng)態(tài)偏心引起電磁振動(dòng)

氣隙偏心的位置向?qū)Χㄗ予F心是不固定的，但相對轉(zhuǎn)子鐵心是固定的，所以偏心的位置會(huì)隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。氣隙動(dòng)態(tài)偏心產(chǎn)生電磁振動(dòng)其表象特征為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率和定子磁場旋轉(zhuǎn)頻率的電磁振動(dòng)都可能出現(xiàn)；電磁振動(dòng)的振幅隨時(shí)間變化而脈動(dòng)。但由于4 A電機(jī)在修前空載運(yùn)行時(shí)，東西、南北向振動(dòng)均≤0.02 mm，解體后也對轉(zhuǎn)子籠條進(jìn)行過檢查，沒有斷條，虛焊等現(xiàn)象。同時(shí)該轉(zhuǎn)子還上車床進(jìn)行過各軸檔的校調(diào)，同軸度均≤0.03 mm。故排除由轉(zhuǎn)軸彎曲、轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)軸或軸承不同心、轉(zhuǎn)子鐵心不圓所造成的氣隙動(dòng)態(tài)偏心而引發(fā)電磁振動(dòng)的可能。

(2)氣隙靜態(tài)偏心引起的電磁力

電機(jī)定子鐵心的中心線與轉(zhuǎn)子軸心不重合時(shí)，定、轉(zhuǎn)子之間氣隙將會(huì)出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，偏心固定在一個(gè)位置上，氣隙偏心誤差不超過氣隙平均值的上下10%是允許的，但過大的偏心值產(chǎn)生很大的單邊磁拉力。氣隙靜態(tài)偏心的表象特征為電磁振動(dòng)頻率是源頻率的2倍；振動(dòng)隨偏心值的增大在增加。由于該類型電機(jī)的結(jié)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)側(cè)安裝有一套NU1052/C3的圓柱滾子軸承(軸承工作油隙0.012～0.016 mm)，上油室內(nèi)則安裝有一套在裝配是SMZ-15-250-8AK整體立式滑動(dòng)推力軸承，由于驅(qū)動(dòng)側(cè)直接由軸承定位定轉(zhuǎn)子中心，純在的中心偏差可能會(huì)是由軸承的油隙、軸承外圈與軸承室的配合間隙以及軸承室與下端蓋之間的配合間隙累計(jì)而成。但此次解體檢查時(shí)都經(jīng)過測量，所有間隙累計(jì)后不會(huì)超過0.3 mm，相對于該電機(jī)定轉(zhuǎn)子氣隙單邊2.5 mm計(jì)，絕對不會(huì)超過平均值的10%。但是電機(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)中心則是可以調(diào)整的，調(diào)整中心以往參照的都是以推力盤的外徑與導(dǎo)瓦支架內(nèi)壁四個(gè)方向的距離一致(偏差≤0.02 mm)為準(zhǔn)。事后分析，雖然轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端中心已定，非驅(qū)動(dòng)端的中心也已經(jīng)調(diào)整，但如果該電機(jī)在裝配過程中或是出廠時(shí)，導(dǎo)瓦支架的內(nèi)壁中心與下軸承室中心的同軸度偏差較大的話會(huì)造成轉(zhuǎn)子傾斜可能。所以停機(jī)后從電機(jī)上部用1 000 mm塞尺測量定轉(zhuǎn)子四個(gè)方向的間隙分別為：東西2.40 mm、2.35 mm，南北1.95 mm，2.0 mm。從數(shù)據(jù)上分析，會(huì)造成東西、南北數(shù)值不一致有三種可能見圖4：一是轉(zhuǎn)子傾斜，二是轉(zhuǎn)子鐵心橢圓，三是定子鐵心橢圓。由于轉(zhuǎn)子是上車床校驗(yàn)過的，故可以排除轉(zhuǎn)子鐵心橢圓。而從電機(jī)下方檢測孔內(nèi)用塞尺自下而上測量四個(gè)方向間隙分別為：東西2.35 mm、2.30 mm，南北2.25 mm，2.20 mm，從而排除定子鐵心橢圓的可能。解開聯(lián)軸器，測量聯(lián)軸器張口：南張0.10 mm、東西0.02 mm，如圖5所示。因此判定該轉(zhuǎn)子南向北傾斜，南北向氣隙不均，可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)。

圖4 振動(dòng)隨偏心值增大的三種可能

圖5 聯(lián)軸器張口

3.1.2 機(jī)械方面引起振動(dòng)的原因

(1)轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)由于制造誤差、安裝偏心或材料與結(jié)構(gòu)形狀等原因，很難使電機(jī)轉(zhuǎn)子各橫截面上的質(zhì)量中心都剛好落在旋轉(zhuǎn)軸線上。旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)；電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻，產(chǎn)生重心位移，與轉(zhuǎn)子中心不同心；聯(lián)軸器、推力盤及冷卻風(fēng)扇不平衡(由于制造誤差，風(fēng)扇風(fēng)葉部位幾何尺寸大小不均及其橫截面質(zhì)量中心都偏離旋轉(zhuǎn)軸線，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的受力不均和離心力都將使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng))；冷卻風(fēng)扇與轉(zhuǎn)子表面不均勻積垢。由于該電機(jī)轉(zhuǎn)子在檢修的過程中上平衡機(jī)校過動(dòng)平衡，原始不平衡量兩端分別為1.2 kg及780 g，通過增加平衡塊使得該轉(zhuǎn)子兩端的剩余不平衡量分別為39 g及78 g精度已超G2.5級(jí)。且在進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡校驗(yàn)時(shí)將聯(lián)軸器、推力盤及風(fēng)葉都安裝在轉(zhuǎn)子上，可排除轉(zhuǎn)子及其附件不平衡產(chǎn)生振動(dòng)的原因。

綜上所述，該電機(jī)振動(dòng)的主要原因還是來自轉(zhuǎn)子傾斜導(dǎo)致氣隙靜態(tài)偏心引起單邊磁拉力引起的，這也很好的解釋了為什么油池內(nèi)部會(huì)有輕微的撞擊聲。根據(jù)制造廠的標(biāo)準(zhǔn)，單邊導(dǎo)瓦間隙一般是0.08～0.12 mm，但是從南北向氣隙及聯(lián)軸器開口方向來，看該電機(jī)偏心約2.5-1.95/=0.55 mm，約大于4倍導(dǎo)瓦間隙，所以電機(jī)通電后在電磁拉力的作用下，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子有一股由北向南的電磁拉力，但由于導(dǎo)瓦限制了該電機(jī)轉(zhuǎn)子移動(dòng)，因此會(huì)產(chǎn)生推力盤撞擊南面導(dǎo)瓦塊的聲音。

3.1.3 解決方案

松開所有導(dǎo)瓦，在推力盤南面架一百分表，將轉(zhuǎn)子自北向南用頂絲頂約0.50mm，收緊所有導(dǎo)瓦(此時(shí)導(dǎo)瓦單邊間隙約為0.02mm)，盤動(dòng)轉(zhuǎn)子一周，從電機(jī)頂部檢測空測量定轉(zhuǎn)子間隙分別為：東西向2.40 mm、2.25 mm，南北向2.25 mm、2.30 mm。張口方向東張0.03 mm，南張0.02 mm。再次松開所有導(dǎo)瓦，東面架一百分表，將轉(zhuǎn)子自西向東頂約0.10 mm，收緊所有導(dǎo)瓦，盤動(dòng)轉(zhuǎn)子一周，測得間隙分別為：東西向2.35 mm、2.30 mm，南北向2.25 mm、2.30 mm。再次基礎(chǔ)上復(fù)測推力盤外徑至導(dǎo)瓦支架內(nèi)壁四點(diǎn)距離分別為：東西向5.25 mm、5.28 mm，南北向4.80 mm，5.75 mm，由此可見，該電機(jī)在制造過程中，導(dǎo)瓦支架中心與下軸承室的中心南北向同軸度偏差約0.5 mm，由此使得以推力盤外徑與導(dǎo)瓦支架內(nèi)壁找正中心出現(xiàn)了較大的誤差。完全裝復(fù)后，空載試轉(zhuǎn)電機(jī)上機(jī)架東西、南北向振動(dòng)分別為：0.014 mm，0.016 mm，滿足使用要求。

3.2 上導(dǎo)瓦溫度偏高及燒瓦

3.2.1 由導(dǎo)瓦間隙過小引起

4B循泵電機(jī)燒瓦前該電機(jī)空載溫度比檢修之前的重載溫度還要高出去多，翻看修后數(shù)據(jù)該電機(jī)的導(dǎo)瓦間隙調(diào)整為單邊0.08 mm，通常電機(jī)廠給出的標(biāo)準(zhǔn)為0.08～0.12 mm，為此經(jīng)過討論決定將換上新瓦后的間隙調(diào)整至上限單邊0.12 mm(舊瓦因損壞嚴(yán)重，不做修整，見圖6)。電機(jī)裝復(fù)后，再次進(jìn)行單機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)，試轉(zhuǎn)溫度分別為：43.8℃、45.1℃、46.7℃、46.1℃(以DCS上測點(diǎn)的順序進(jìn)行排列)，空載導(dǎo)瓦溫度雖然就先前試轉(zhuǎn)要低出少許，但還是偏高。由于電廠正值迎峰渡夏，急需該電機(jī)，故決定次日聯(lián)泵重載，重載20分鐘，2號(hào)測點(diǎn)溫度已經(jīng)升至55.3℃且上升速率還沒明顯放緩。電廠運(yùn)行決定立即停機(jī)。但由于沒有條件徹底解體檢查，所以還是決定采取臨時(shí)措施。從測溫元件上顯示出來導(dǎo)瓦2，3測點(diǎn)溫度較高(55.3℃，51.5℃)且對應(yīng)的導(dǎo)瓦編號(hào)分別為5號(hào)、7號(hào)。由于6號(hào)瓦上無測點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)象判定6號(hào)瓦溫度也應(yīng)較高。故決定將該轉(zhuǎn)子向6號(hào)位推0.10 mm(頂2號(hào)導(dǎo)瓦)。最終該電機(jī)重載運(yùn)行24小時(shí)后導(dǎo)瓦溫度分別穩(wěn)定在：53.5℃、50.6℃、54.9℃、54.8℃，由此可見導(dǎo)瓦與推力盤之間的間隙的大小與導(dǎo)瓦溫度沒有明顯關(guān)聯(lián)。

圖6 損壞嚴(yán)重的舊瓦

3.2.2 由導(dǎo)瓦缺油引起

4B循泵電機(jī)8月1日下午投運(yùn)，至8月28號(hào)11：00因冷油盤管漏水而停機(jī)。從投運(yùn)至停機(jī)的這28天里，這臺(tái)電機(jī)的上導(dǎo)瓦溫度始終偏高，特別是3，4號(hào)測點(diǎn)的導(dǎo)瓦溫度在最接近冷油水管漏水之前的時(shí)間里達(dá)到55.05℃和55.69℃。且通過近一個(gè)月來的溫度監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，這臺(tái)電機(jī)的導(dǎo)瓦溫度對外界環(huán)境及冷卻水溫的變化的并不敏感(通過對同時(shí)間點(diǎn)內(nèi)該電機(jī)導(dǎo)瓦溫度與其他幾臺(tái)循泵電機(jī)的導(dǎo)瓦的溫度變化以及該電機(jī)的導(dǎo)瓦溫度與自身推力瓦溫度的變化反映得出)。在DCS上翻看運(yùn)行記錄，發(fā)現(xiàn)該電機(jī)于8月25號(hào)晚間發(fā)現(xiàn)盤管漏水至28號(hào)11：00停機(jī)的這段時(shí)間里，電機(jī)的導(dǎo)瓦溫度有了明顯的變化，見表1。

表1 電機(jī)導(dǎo)瓦溫度變化 ℃

從表1可以看出，從8月25日發(fā)現(xiàn)冷卻水管漏水至8月28日停機(jī)之前，導(dǎo)瓦溫度總體呈下降趨勢，究其爆管之后的工況變化無非是兩點(diǎn),一是油位上升，二是冷卻水進(jìn)入油池后使得油質(zhì)發(fā)生變化。但后者會(huì)使油產(chǎn)生乳化，乳化后的潤滑油的粘度將會(huì)降低，軸與瓦之間的油膜厚度減小，造成直接摩擦，瓦溫應(yīng)該上升。所以就我個(gè)人分析來看，油位的升高很有可能是造成導(dǎo)瓦溫度下降的原因。通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，油池的中心位置油位要大大低于周圍，原先加油的高度為制造廠給出的標(biāo)準(zhǔn)，即導(dǎo)瓦中心位置，但由于種種原因?qū)е略撾姍C(jī)在此油位運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)瓦的上半部分沒有油膜建立，形成半液潤滑，熱量無法及時(shí)帶走，使溫度一直穩(wěn)定在高位，甚至隨著時(shí)間而慢慢的爬升(1天約0.5℃)。所以該電機(jī)導(dǎo)瓦燒毀且之后溫度適中居高不下的主要原因是缺油造成的。

3.2.3 解決方案

該電機(jī)在油池的中心位置有一油堰孔，主要作用是防止電機(jī)運(yùn)行時(shí)機(jī)油倒灌進(jìn)電機(jī)定子之內(nèi)。況且如果油室內(nèi)油加的過于多也會(huì)導(dǎo)致冷卻水的冷卻效果變差。為此不能無限制的提高油位。翻閱圖紙找出了極限油位即略低于油堰孔的位置。但事實(shí)上電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油溫會(huì)升高，油位也會(huì)升高，最終通過靜止時(shí)油位及重載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)油位的比較，決定再原有的高度上再升高4公分。實(shí)踐證明這次處理的方向是正確的，投運(yùn)之后的導(dǎo)瓦溫度見圖7。最高溫度僅為46.7℃。

圖7 故障消除后的導(dǎo)瓦溫度圖

4 結(jié)語

該類型的電機(jī)在檢修之后最常見的問題就是振動(dòng)大、溫度高。當(dāng)檢修人員在進(jìn)行解體前一定要重視對修前運(yùn)行狀況的了解。在清理、檢查的過程中，也要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行非常規(guī)的檢查(轉(zhuǎn)子校調(diào)及動(dòng)平衡等)，只有這樣才能在檢修完成之后萬一發(fā)生問題時(shí)，能有效排除各種干擾因數(shù)，找出真正的原因所在。

[1]胡虔生.電機(jī)學(xué)[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]劉景峰.電機(jī)檢修[M].北京：中國電力出版社， 2005.

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[3]中國大唐集團(tuán)公司.600 MW火電機(jī)組系列培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2009.

(本文編輯：楊林青)

Common Fault Analysis and Treatment for Large Vertical Motor

CHEN Wen-jie, SHI Ji-fang

(Shanghai Shangdian Electric Power Engineering Co., Ltd.，Shanghai 200090，China)

The large vertical motors are commonly the circulating water pump motors in large-scale thermal power plants equipped with 600 MW and 900 MW units, particularly the series of YLKS (air/water cooling) and YKSS (air/air cooling) motors. This paper introduces the operational anomalies common to YKKL motor, such as high temperature, vibration and noise, and presents the corresponding treatment recommendations.

large vertical motor；viberation; temperature; anomaly analysis; treatment recommendations

10.11973/dlyny201506034

陳文杰(1962)，男，高級(jí)工程師，從事電力企業(yè)技術(shù)管理工作。

TM33

A

2095-1256(2015)06-0890-04

2015-10-17